Source: Engineering.Columbia.edu
Les sources d'énergie renouvelables comme le vent et l'énergie solaire sont essentielles pour soutenir notre planète, mais elles viennent avec un grand défi: elles ne génèrent pas toujours de puissance quand elle est nécessaire. Pour en tirer le meilleur parti, nous avons besoin de façons efficaces et abordables de stocker l'énergie qu'ils produisent, donc nous avons de la puissance même lorsque le vent ne souffle pas ou que le soleil ne brille pas.
Les scientifiques des matériaux d'ingénierie de Columbia se sont concentrés sur le développement de nouveaux types de batteries pour transformer la façon dont nous stockons les énergies renouvelables. Dans une nouvelle étude publiée le 5 septembre par Nature Communications, l'équipe a utilisé des batteries K-Na \/ s qui combinent des éléments peu coûteux et facilement fondus -- potassium (k) et sodium (NA), ainsi que de soufre (s) -- pour créer une solution à faible puissance et à haute énergie pour le stockage d'énergie de longue durée.
"Il est important que nous puissions prolonger la durée de ces batteries, et que nous puissions les fabriquer facilement et à moindre coût", a déclaré le chef de l'équipe Yuan Yang, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux au Département de physique appliquée et de mathématiques à Columbia Engineering. "Rendre les énergies renouvelables plus fiables aidera à stabiliser nos réseaux d'énergie, à réduire notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles et à soutenir un avenir énergétique plus durable pour nous tous."
Un nouvel électrolyte aide les batteries K-Na \/ s à stocker et à libérer l'énergie plus efficacement
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC) qui nécessitent une gestion thermique complexe, augmentant ainsi le coût du processus. Des études antérieures ont lutté avec des précipités solides et une faible capacité et la recherche a été lancée pour une nouvelle technique pour améliorer ces types de batteries.
Le groupe de Yang a développé un nouvel électrolyte, un solvant d'acétamide et de caprolactame ε, pour aider la batterie à stocker et à libérer l'énergie. Cet électrolyte peut dissoudre K2S2 et K2, améliorant la densité d'énergie et la densité de puissance des batteries K \/ S à température intermédiaire. De plus, il permet à la batterie de fonctionner à une température beaucoup plus faible (environ 75 degrés) que les conceptions précédentes, tout en atteignant presque la capacité de stockage d'énergie maximale possible.
"Notre approche atteint des capacités de décharge presque théoriques et une durée de vie du cycle prolongé. C'est très excitant dans le domaine des batteries K \/ S à température intermédiaire", a déclaré le co-premier auteur de l'étude Zhenghao Yang, doctorant avec Yang.
Pathway vers une énergie durabley avenir
Le groupe de Yang est affilié au Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), qui adopte une approche à plusieurs échelles pour découvrir la technologie révolutionnaire et accélérer la commercialisation. Le CEEC se joint aux professeurs et aux chercheurs de toute l'école d'ingénierie et de sciences appliquées qui étudient l'énergie électrochimique avec des intérêts allant des électrons aux appareils aux systèmes. Ses partenariats de l'industrie permettent la réalisation de percées dans le stockage et la conversion électrochimiques d'énergie.
Planifier à évoluer
Bien que l'équipe se concentre actuellement sur les petites batteries de la taille d'une pièce, leur objectif est éventuellement d'étendre cette technologie pour stocker de grandes quantités d'énergie. S'ils réussissent, ces nouvelles batteries pourraient fournir une alimentation électrique stable et fiable à partir de sources renouvelables, même pendant les périodes de soleil ou de vent. L'équipe travaille maintenant à l'optimisation de la composition des électrolytes.
